【摘 要】
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小麦白粉病和条锈病是分别由Blumeria graminis f.sp.tritici,Bgt和Puccinia striiformis f.sp.tritici,Pst引起的世界性小麦病害,在我国各小麦主产区常年发生,严重威胁了我国的粮食安全。培育和推广抗病品种是减少白粉病和条锈病损失最经济、有效的方法。目前有关小麦与白粉菌、条锈菌互作机制的研究,大多都集中在分子标记的开发、抗病相关基因的定位及
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小麦白粉病和条锈病是分别由Blumeria graminis f.sp.tritici,Bgt和Puccinia striiformis f.sp.tritici,Pst引起的世界性小麦病害,在我国各小麦主产区常年发生,严重威胁了我国的粮食安全。培育和推广抗病品种是减少白粉病和条锈病损失最经济、有效的方法。目前有关小麦与白粉菌、条锈菌互作机制的研究,大多都集中在分子标记的开发、抗病相关基因的定位及克隆等方面,而关于小麦应答白粉菌、条锈菌侵染的蛋白质组学研究则鲜有报道。本论文以兼抗型小麦N9134为材料,采用定量蛋白质组学技术分析了白粉菌、条锈菌侵染24 h、48 h及72 h后N9134叶片蛋白质组学变化,同时结合前期转录组研究数据进行关联分析,并对白粉菌和条锈菌侵染下的关联分析结果进行了比较,旨在从整体上揭示小麦N9134响应白粉菌和条锈菌侵染所激活的代谢通路和分子调控网络,筛选与鉴定出起关键作用的蛋白和基因,为进一步解析小麦N9134抗白粉病及条锈病的分子机制并进行抗病育种提供理论依据。主要研究结果如下:1.采用iTRAQ定量蛋白质组学技术分析了白粉菌E09侵染后小麦N9134的叶片蛋白质组学变化,经质谱鉴定后,获得二级质谱图280,698份,匹配到特有肽段的谱图40,604份,鉴定得到的肽段数量为15,446个,特有肽段序列数量为13,036,最终鉴定到的蛋白质数量为2182个,其中有394个蛋白显著差异表达。这些差异表达蛋白主要包括病程相关蛋白(PR-1、几丁质酶和葡聚糖酶)、氧化胁迫应答蛋白(过氧化物酶、超氧化物歧化酶和抗坏血酸过氧化物酶)以及参与防御相关代谢途径的蛋白(肉桂醇脱氢酶、热激蛋白Hsp90和Suppressor of G2 allele of skp1)等。KEGG通路富集分析显示:次级代谢产物的生物合成、苯丙烷类生物合成、苯丙氨酸代谢和氮代谢途径在接种白粉菌后24、48和72 h显著富集,说明这些代谢途径在小麦对白粉菌侵染的响应机制中具有重要作用。最后通过SOM聚类分析,构建了小麦与白粉菌互作的差异蛋白表达谱图,同时揭示出植物-病原菌互作中蛋白质组调控网络的多样性和复杂性。2.利用iTRAQ技术,对条锈菌CYR31侵染的N9134叶片进行了差异蛋白质组学分析,经质谱鉴定后,共得到372,848份二级质谱图,匹配到特有肽段的谱图为56,544份,总共鉴定到的肽段数量为14,217,其中特有肽段为13,685,最终鉴定到2292个蛋白质,其中差异表达蛋白489个。它们主要包括防御相关蛋白(类甜蛋白、脂氧合酶和14-3-3蛋白)、氧化胁迫应答蛋白(谷胱甘肽转移酶、硫氧还蛋白和超氧化物歧化酶)以及氧化磷酸化途径相关蛋白(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸脱氢酶、细胞色素C1前体、细胞色素C氧化酶亚基6b-1、F型ATP酶、V型质子ATP酶亚基B2及水溶无机焦磷酸酶)等。将差异蛋白进行KEGG通路富集分析,结果显示核糖体、氧化磷酸化和光合作用途径在接种条锈菌后24、48和72 h显著富集。通过SOM分析将差异蛋白聚类成7个表达簇,成功构建了小麦与条锈菌互作的差异蛋白表达谱。此外,还比较分析了小麦对白粉菌和条锈菌侵染响应的异同,并推断出小麦对白粉菌和条锈菌侵染的响应机制是具有专化性的。3.将白粉菌和条锈菌侵染后的蛋白质组学数据和前期转录组学数据进行关联分析,并获得了以下结论:(1)白粉菌侵染后关联到的差异蛋白质和差异基因的数量关系及相关系数为:在P-24 h vs P-0 h比较组中,有50个差异蛋白与差异基因相关联,相关系数r为0.637;而P-48 h vs P-0 h和P-72 h vs P-0 h比较组中分别有59个和69个,r分别为0.525和0.379。(2)条锈菌侵染后关联到的差异蛋白质和差异基因的数量关系及相关系数为:在S-24 h vs S-0 h比较组中,有29个差异蛋白与差异基因相关联,相关系数r为0.020;而S-48 h vs S-0 h和S-72 h vs S-0 h比较组中分别有15个和26个,r分别为-0.316和-0.265。(3)白粉菌侵染后蛋白质组与转录组的相关程度较高,而条锈菌侵染后的相关程度较低,表明N9134在白粉菌和条锈菌侵染后蛋白质组与转录组的相关性分析结果存在差异。同时推测其原因为:在不同的细胞状态下,需要被调控的基因可能是不同的,而不同基因也会受到不同的转录后调控影响,从而导致不同基因的转录组和蛋白质组间的相关性存在差异。
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